نقل الطاقة على مسافة بدون أسلاك
تاريخ التنمية
يرتبط تطوير إرسال الطاقة الكهربائية بدون أسلاك على مسافة بالتقدم في مجال الهندسة الراديوية ، حيث أن كلا العمليتين لهما نفس الطبيعة. ترتبط الاختراعات في كلا المجالين بدراسة طريقة الحث الكهرومغناطيسي وتأثيراتها على تكوين التيار الكهربائي.
في عام 1820 م. اكتشف Ampere قانون تفاعل التيارات ، والذي يتألف من حقيقة أنه إذا كان التيار يتدفق على طول اثنين من الموصلات القريبة في اتجاه واحد ، فإنهما ينجذبان إلى بعضهما البعض ، وإذا كانا مختلفين ، فإنهما يتنافران.
في عام 1831 ، أثبت M. Faraday في سياق التجارب أن المجال المغناطيسي المتناوب (المتغير في الحجم والاتجاه في الوقت) المتولد عن تدفق التيار الكهربائي يحرض (يدفع) تيارات في الموصلات القريبة. على سبيل المثال هناك نقل للكهرباء بدون أسلاك. بالتفصيل قانون فاراداي نظرنا في المقالة في وقت سابق.
حسنًا ، جي كي ماكسويل ، بعد 33 عامًا ، في عام 1864 ، نقل بيانات فاراداي التجريبية إلى شكل رياضي ، ومعادلات ماكسويل نفسها أساسية في الديناميكا الكهربائية. يصفون كيفية ارتباط التيار الكهربائي والمجال الكهرومغناطيسي.
تم تأكيد وجود موجات كهرومغناطيسية في عام 1888 من قبل جي هيرتز ، خلال تجاربه مع جهاز إرسال شراري مع مروحية على لفائف Rumkorf. وهكذا ، تم إنتاج موجات EM بتردد يصل إلى نصف جيجا هرتز. ومن الجدير بالذكر أنه يمكن استقبال هذه الموجات من قبل عدة أجهزة استقبال ، ولكن يجب ضبطها بالرنين مع جهاز الإرسال. كان مدى التركيب حوالي 3 أمتار. عندما حدثت شرارة في جهاز الإرسال ، حدث الشيء نفسه على أجهزة الاستقبال. في الواقع ، هذه هي التجارب الأولى على نقل الكهرباء بدون أسلاك.
تم إجراء بحث متعمق من قبل العالم الشهير نيكولا تيسلا. درس التيار المتردد للجهد العالي والتردد في عام 1891. ونتيجة لذلك ، تم استخلاص النتائج:
لكل غرض محدد ، تحتاج إلى ضبط التثبيت على التردد والجهد المناسبين. ومع ذلك ، فإن التردد العالي ليس شرطا مسبقا. تم تحقيق أفضل النتائج بتردد 15-20 كيلوهرتز وبجهد إرسال 20 كيلوفولت. للحصول على تيار عالي الجهد والجهد ، تم استخدام تفريغ مكثف متذبذب. وبالتالي ، من الممكن نقل الكهرباء وإنتاج الضوء.
أظهر العالم في خطاباته ومحاضراته توهج المصابيح (أنابيب مفرغة) تحت تأثير المجال الكهروستاتيكي عالي التردد.في الواقع ، كانت الاستنتاجات الرئيسية لـ Tesla أنه حتى في حالة استخدام أنظمة الرنين ، لا يمكن نقل الكثير من الطاقة باستخدام الموجات الكهرومغناطيسية.
في موازاة ذلك ، شارك عدد من العلماء حتى عام 1897 في دراسات مماثلة: جاغديش بوتش في الهند ، وألكسندر بوبوف في روسيا ، وجولييلمو ماركوني في إيطاليا.
ساهم كل منهم في تطوير الإرسال اللاسلكي للطاقة:
- ج.بوش في عام 1894 ، أشعل البارود ، ونقل الكهرباء عن بعد بدون أسلاك. قام بذلك في مظاهرة في كلكتا.
- نقل A. A. بوبوف في 25 أبريل (7 مايو) ، 1895 باستخدام مورس الرسالة الأولى.
- في عام 1896 ، قام G. Marconi في بريطانيا العظمى أيضًا بإرسال إشارة راديو (رمز مورس) على مسافة 1.5 كم ، في وقت لاحق 3 كم على سهل ساليسبري.
تجدر الإشارة إلى أن عمل تسلا ، الذي تم التقليل من قيمته في وقت واحد وخسر لقرون ، تجاوز عمل معاصريه من حيث المعلمات والقدرات. في نفس الوقت ، أي في عام 1896 ، نقلت أجهزته إشارة عبر مسافات طويلة (48 كم) ، لسوء الحظ كانت كمية صغيرة من الكهرباء.
وبحلول عام 1899 ، توصل تسلا إلى الاستنتاج:
يبدو فشل طريقة الحث هائلاً مقارنةً مع طريقة إثارة شحنة الأرض والهواء.
ستؤدي هذه الاستنتاجات إلى دراسات أخرى ، في عام 1900 تمكن من تشغيل مصباح من ملف تم تنفيذه في الميدان ، وفي عام 1903 تم إطلاق برج Wondercliff في لونغ آيلاند. كان يتألف من محول ذو لف ثانوي مؤرض ، وعلى قمته قبة كروية نحاسية. بمساعدتها ، تحولت إلى مصابيح 200 50 واط. في الوقت نفسه ، كان جهاز الإرسال على بعد 40 كم منه. لسوء الحظ ، توقفت هذه الدراسات ، وتوقف التمويل ، ولم يكن النقل المجاني للكهرباء بدون أسلاك مجديًا اقتصاديًا لرجال الأعمال. تم تدمير البرج في عام 1917.
الوقت الحاضر
خطت تقنيات نقل الطاقة اللاسلكية خطوة كبيرة إلى الأمام ، خاصة في مجال نقل البيانات. لذلك تم تحقيق نجاح كبير من خلال الاتصالات اللاسلكية والتقنيات اللاسلكية مثل Bluetooth و Wi-fi. لم تكن هناك ابتكارات خاصة ، لا سيما الترددات المتغيرة ، طرق تشفير الإشارة ، تحول تمثيل الإشارة من تناظري إلى رقمي.
إذا تحدثنا عن نقل الكهرباء بدون أسلاك لتشغيل المعدات الكهربائية ، فمن الجدير بالذكر أنه في عام 2007 ، نقل باحثون من معهد ماساتشوستس 2 مترًا من الطاقة وأضاءوا لمبة 60 واط بهذه الطريقة. تسمى هذه التقنية WiTricity ، وهي تعتمد على الرنين الكهرومغناطيسي لجهاز الاستقبال وجهاز الإرسال. جدير بالذكر أن جهاز الاستقبال يستقبل حوالي 40-45٪ من الكهرباء. يوضح الرسم البياني أدناه مخططًا عامًا لجهاز نقل الطاقة من خلال مجال مغناطيسي:
يُظهر الفيديو مثالاً على تطبيق هذه التقنية لشحن سيارة كهربائية. خلاصة القول هي أن جهاز الاستقبال متصل بأسفل السيارة الكهربائية ، ويتم تثبيت جهاز إرسال على الأرض في المرآب أو في أي مكان آخر.
يجب إيقاف الجهاز حتى يتم وضع جهاز الاستقبال أعلى جهاز الإرسال. ينقل الجهاز الكثير من الكهرباء بدون أسلاك - من 3.6 إلى 11 كيلو وات في الساعة.
تدرس الشركة في المستقبل توفير الكهرباء بهذه التكنولوجيا والأجهزة المنزلية ، وكذلك الشقة بأكملها. في عام 2010 ، قدم Haier تلفزيونًا لاسلكيًا يتلقى الطاقة باستخدام تقنية مشابهة ، بالإضافة إلى إشارة فيديو لاسلكية. وتقوم شركات رائدة أخرى ، مثل إنتل وسوني ، بمثل هذه التطورات.
في الحياة اليومية ، يتم استخدام تقنيات نقل الطاقة اللاسلكية على نطاق واسع ، على سبيل المثال ، لشحن الهاتف الذكي. المبدأ متشابه - هناك جهاز إرسال ، يوجد جهاز استقبال ، الكفاءة حوالي 50 ٪ ، أي مقابل شحنة 1A ، يستهلك جهاز الإرسال 2A. يُطلق عادةً على جهاز الإرسال قاعدة في هذه المجموعات ، والجزء الذي يتصل بالهاتف هو جهاز الاستقبال أو الهوائي.
مكانة أخرى هي الإرسال اللاسلكي للكهرباء باستخدام الموجات الدقيقة أو الليزر.هذا يوفر نصف قطر أكبر للعمل من بضعة أمتار ، مما يوفر الحث المغناطيسي. في طريقة الميكروويف ، يتم تثبيت هوائي (هوائي غير خطي لتحويل موجة كهرومغناطيسية إلى تيار مباشر) على جهاز الاستقبال ، ويوجه جهاز الإرسال إشعاعه في هذا الاتجاه. في هذا الإصدار من النقل اللاسلكي للكهرباء ليست هناك حاجة للرؤية المباشرة للأشياء. الجانب السلبي هو أن إشعاع الميكروويف غير آمن للبيئة.
نوصي بمشاهدة فيديو يُنظر في المشكلة بمزيد من التفاصيل:
في الختام ، أود أن أشير إلى أن النقل اللاسلكي للكهرباء مناسب بالتأكيد للاستخدام في الحياة اليومية ، ولكن له إيجابياته وسلبياته. إذا تحدثنا عن استخدام مثل هذه التقنيات لشحن الأدوات ، فإن الميزة الإضافية هي أنه لا يتعين عليك إدخال وإزالة القابس باستمرار من موصل هاتفك الذكي ، على التوالي ، فلن يفشل الموصل. الجانب السلبي هو الكفاءة المنخفضة ، إذا كان فقدان الطاقة للهاتف الذكي ليس كبيرا (بضع واط) ، ثم للشحن اللاسلكي للسيارة الكهربائية - هذه مشكلة كبيرة للغاية. الهدف الرئيسي من التطوير في هذه التكنولوجيا هو زيادة كفاءة التثبيت ، لأنه على خلفية السباق الواسع النطاق للحفاظ على الطاقة ، فإن استخدام التقنيات منخفضة الكفاءة أمر مشكوك فيه للغاية.
مواد ذات صلة:
جار التحميل...
